Газовая сварка и резка металлов реферат

Обновлено: 05.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Области применения нержавеющих сталей

Нержавеющими называются стали, обладающие высокими механическими свойствами, окалиностойкостыо, жаропрочностью, стойкостью против атмосферной, жидкостной и газовой корро­зии. Эти свойства обусловлены химическим составом сталей, способом их производства и обработки.

Особые свойства, получаемые в результате изменения хими­ческого состава стали, зависят прежде всего от количества содер­жащегося в ней определенного легирующего элемента. Например, хром при содержании свыше 5% повышает прочность и тепло­устойчивость стали, а при содержании свыше 12% придает ей антикоррозионные свойства. Никель при содержании свыше 8% в сочетании с 18% хрома повышает пластичность стали и придает ей немагнитность; 1,5—2,5% кремния значительно увеличивают жаростойкость; марганец увеличивает прочность стали и т. п.

Стали одинакового состава, но выплавленные различными способами (в электрических дуговых, высокочастотных и вакуум­ных печах), также различаются по свойствам.

Особые свойства нержавеющим сталям придают различной обработкой после выплавки. После выплавки нержавеющие стали имеют крупнозернистую структуру и относительно низкие меха­нические свойства. В результате горячей или холодной прокатки с последующей термической обработкой они приобретают повы­шенные механические свойства, значительно отличающиеся от свойств литой стали. После ковки возможны снижения некоторых механических свойств, но благодаря уплотнению кованая сталь приобретает особые свойства, выгодно отличающие ее от катаной. На свойства нержавеющих сталей влияют термическая обработка и сварка.

Нержавеющие стали нашли широкое применение во всех от­раслях промышленности. В судостроении из нержавеющих сталей изготовляют трубопроводы и арматуру, гребные винты, крыльевые устройства, столы, шнеки, бадьи и противни морозильных уста­новок, детали насосов для морской воды, крышки, патрубки, фланцы и другие летали котельных установок. Из двухслойной стали (углеродистая, облицованная нержавеющей) изготавливают цистерны для питьевой, дистиллированной и пресной воды. В химической промышленности из нержавеющих сталей изго­тавливают аппаратуру для производства кислот, резервуары для их перевозки и хранения, детали теплообменных аппаратов, фильтров и адсорберов.

В котло- и турбостроении из нержавеющих сталей изготовляют роторы, диски, детали паровых котлов; в угольной, нефтяной и газовой промышленности — шахтные насосы и аппаратуру. Нержавеющие стали и сплавы широко используются в авиа­строении в качестве конструкционного материала. Расширяются масштабы применения нержавеющих сталей для медицинского инструмента, аппаратуры, оборудования текстильной и пищевой промышленности (аппаратура для переработки молока, рыбы, овощей и фруктов, пищеварные котлы, узлы холодильных камер и т. п.).

Чтобы правильно выбрать сварочные материалы и разработать технологию сварки, понять требования, предъявляемые к технике выполнения сварки, выявить причины возникновения дефектов в швах, необходимо изучить свойства нержавеющих сталей, их строение, знать влияние легирующих элементов и обработки на эти свойства, изучить поведение этих сталей при обычных и высоких температурах, т. е. необходимо знать основы металло­ведения.

РЕЗКА НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Применяют следующие виды резки нержавеющей стали: дуго­вую электрическую: газо-дуговую, кислородно-флюсовую и газоэлектрическую.

В данном реферате рассматриваются способы газовой резки нержавеющей стали. Итак рассмотрим.

За последние годы широкое распространение получили способы газо-дуговой резки: воздушно-дуговая, плазменно-дуговая и плазменная. Они применяются для резки многих металлов и сплавов. В ряде случаев находит также примене­ние кислородно-дуговая резка стали. Способы газо-дуговой резки используют сейчас на многих предприятиях, что да­ет большую экономию в народном хозяйстве. Ведутся рабо­ты по механизации и автоматизации газо-дуговой резки.

При воздушно-дуговой раз­делительной резке и строжке металл расплавляется теплом

электрической дуги и удаляется из полости реза потоком сжатого воздуха. Этим она отличается от дуговой резки металлическим электродом. Воздушно-дуговая резка может выполняться металлическим и угольным (графитовым) электродом, причем послед­ний распространен больше. Электрод крепится в специальном электрододержателе, снабженном трубкой, по которой в зону рас­плавления подается струя воздуха. Иногда трубку с воздухом подводят к концу электрода сбоку.

Воздушно-дуговую резку применяют при разрезании листов, труб, проката, при разделке кромок, удалении дефектных швов, разделке трещин, выплавлении корня шва.

Ширина реза зависит от диаметра электрода, поэтому стре­мятся выбирать наименьший диаметр. Однако производительность резки электродом малых диаметров заметно снижается.

Разделку кромок и выплавку канавок производят электродами больших диаметров. Глубокие канавки выполняют за несколько проходов, начиная выплавку электродами больших диаметров и постепенно их уменьшая.

Воздушно-дуговую резку и строжку (выплавку), как правило, выполняют вручную. Для питания дуги используют мощные сва­рочные генераторы постоянного тока с напряжением холостого хода 70—90 в.

Режимы воздушно-дуговой резки приведены в табл. 1.

Толщина металла, мм

Диаметр электрода, мм

Сила тока, а

Ширина реза, мм

Для воздушно-дуговой резки используют резаки специальной конструкции. На рис. 1, а показан резак РВД-1-58 конструкции ВНИИАвтогенмаш для поверхностной и разделительной воздушно-дуговой резки. Резак имеет рукоятку 5 с вентилем 4 для подачи сжа­того воздуха. Между неподвижной 3 и подвижной 2 губка­ми зажимается угольный электрод 1. В губке 3 имеются два

отверстия, чеи ез которые выходит сжатый воздух, подводи­мый в резак по шлангу через ниппель 6 под давлением 4— 5 кгс/см 2 ; струя воздуха выдувает расплавленный металл из места разреза. Положение резака при разделительной по­верхностной резке показано на рис. 1, б, в, г.

Рис. 1. Резак РВД-1-58 для воз­душно-дуговой рез­ки:

а - внешний вид, б – резка металла толщиной до 20 мм, в – то, же более 20 мм, г – поверхностная выплавка широких канавок

Расстояние от губок до нижнего конца (вылет) электрода не должно превышать 100 мм. Электрод по мере его обгорания выдви­гают из губок вниз. Ширина канавки при резке превышает диаметр электрода на 1—3 мм. Поверхность металла в ме­сте разреза получается ровной и гладкой. При резке при­меняют постоянный ток обратной полярности (плюс на элек­троде). В качестве электродов применяют угольные элект­роды, выпускаемые в соответствии с ГОСТ 10 720—64. Для повышения стойкости угольные электроды покрывают слоем меди толщиной 0,06—0,07 мм (электроды марки ВД).

Для воздушно-дуговой резки может применяться также переменный ток, однако он дает меньшую производительность резки, чем постоянный. Поэтому применение перемен­ного тока, по данным исследований И. С. Шапиро, наиболее целесообразно при выплавке мелких канавок (например, удалении местных дефектов сварных швов); в этих случаях переменный ток повышает эффективность использования стержня электрода по сравнению с постоянным током об­ратной полярности.

Воздушно-дуговую резку широко используют для поверх­ностной резки большинства черных и цветных металлов, вырезки дефектных участков сварных швов, срезки заклепок, пробивки отверстий, отрезки прибылей стального литья, вы­плавки литейных пороков и пр. Этим способом можно резать различные металлы (нержавеющие стали, чугун, латунь и трудноокнелясмые сплавы) толщиной до 20—25 мм. Режи­мы резки приведены в табл. 2. Режимы поверхностной воз­душно-дуговой резки приведены в табл. 3.

Режимы воздушно – дуговой разделительной резки на постоянном

токе обратной полярности

Диаметр угольного электрода, мм

Давление воздуха, кгс/см 2

Толщина металла, мм

Затраты на 1 м реза

Режимы поверхности воздушно-дугового реза на постоянном токе

Диаметр электрода, мм

Размер канавки, мм

Скорость реза, мм/мин

Качество реза и канавок при воздушно-дуговой резке и строжке удовлетворительное. Однако боковые поверхности реза оказы­ваются неровными, покрыты пленкой оплавленного металла и их необходимо подвергать механической обработке. Это особенно важно для ответственных изделий, так как при воздушно-дуговой резке угольным электродом поверхность металла науглерожи­вается и это может привести к понижению стойкости шва против межкристаллитной коррозии.

Плазменно-дуговая резка (этот способ называют также резкой проникающей дугой, что от­ражает характер дугового разряда, используемого для резки). При плазменно-дуговой * резке (рис. 2) дуга 3 возбуждается между разрезае­мым металлом 4 и неплавящимся вольфрамовым электродом ВЛ-15 (с добавлением лантана), расположенным внутри электрически изолированного формирующего наконечни­ка 1. В большинстве случаев применяется дуга постоянного тока прямой полярности. Продуваемый через сопло газ об­жимает дугу, обеспечивает в ней интенсивное плазмообразование и придает дуге проникающие свойства. При этом газ разогревается до высоких температур (10 000— 20000°С), что обеспечивает высокую скорость истечения и сильное механическое действие плазмы на расплавляе­мый металл, выдуваемый из места реза. В металле 4 образуется полость, по стенкам которой опускается активное пятно 5 дуги. При движении резака в направлении стрелки 2 пятно 5 остается на лобовой стенке реза и вместе со столбом плазменной дуги 3 и факе­лом 6 плазмы обеспечивает непрерывное проплавление металла по всей толщине и одновременное удаление расплавленного и испаренного металла. На рисунке 3 показана схема комплекта для ручной плазменно-дуговой резки, а на рис. 4 —резак РДМ-1-60.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять: при изготовлении из листов деталей с фигурными контурами; из­готовлении деталей с прямолинейными контурами, не тре­бующих механической обработки; вырезки проемов и отвер­стий в металлах; резке полос, прутков, труб и профилей и придания их торцам нужной формы; обработке кромок поко­вок и подготовке их под сварку; вырезке заготовок для меха­нической обработки, штамповки и сварки; обработке литья.

Рис. 2. Схема процесса плазменно-дуговой резки (образование полости реза)

По сравнению с кислородной плазменно-дуговая резка имеет следующие преимущества: возможность резки на од­ном и том же оборудовании любых материалов; высокая скорость резки металлов небольших толщин (до 20 мм); ис­пользование недорогих и недефицитных газов и отсутствие потребления горючих газов (углеводородов); малые тепло­вые деформации вырезаемых деталей; относительная про­стота автоматизации процесса резки, определяемого в основ­ном электрическими параметрами.

Рис. 3. Схема комплекта для руч­ной плазмеино-дуговой резки с реза­ком РДМ-1-60:

1 - резак. 2 — кабельно-шланговый пакет, 3 — коллектор со струбциной, 4 — зажигал­ка, 5 — источник тока, 6 — баллоны с га­зами, 7 — редукторы, 5 — кабели, 9 — шланги, 10 — водопроводная магистраль, 11 — слив охлаждающей воды.

Рис. 4. Резак РДМ-1-60:

1 — наконечник, 2 — головка, 3 — защитный колпачок,

4 —щиток, 5 — рукоятка, 6 — рычаг клапана подачи

водорода или азота, 7 - вентиль подачи аргона,

8 —коллектор со струбциной

Недостатками плазменно-дуговой резки являются: бо­лее сложное и дорогое оборудование, включающее источник - питания и регулирования дуги; более сложное обслужива­ние; необходимость применения водяного охлаждения горелки и защитных масок со светофильтрами для резчика; необ­ходимость более высокой квалификации резчика.

Плазменно-дуговую резку целесообразно применять при обработке металлов, которые трудно или невозможно резать другими способами, или когда плазменно-дуговая резка оказывается наиболее экономичной, или обеспечивает скорости резки, согласующиеся с принятыми в технологии обработки того или иного изделия. Плазменно-дуговой резкой обраба­тывают алюминий и его сплавы; медь и ее сплавы; нержаве­ющие высоколегированные стали; низкоуглеродистую сталь; чугун магний и его сплавы; титан. Возможность резки ме­талла данной толщины и интенсивность проплавления опре­деляются мощностью дуги, т. е. величиной тока и напряже­ния. Ориентировочные величины максимальной толщины резки различных металлов в зависимости от напряжения следующие:

Рабочее напряжение, в .

Толщина разрезаемого метал­ла, мм: алюминия и его сплавов …

сплавов железа, латуни,

Скорость резки регулируется изменением тока дуги (регули­рованием источника питания). Скорость резки быстро пада­ет с увеличением толщины металла и одновременно увели­чивается ширина реза. При ручной резке равномерное веде­ние процесса обеспечивается при скорости до 2 м/мин.

В качестве источников питания дуги током применяют: сварочные преобразователи ПСО-500 на 500 а, включаемые последовательно 2-—3 гит. на одну дугу; сварочные выпрями­тели ВКС-500-1 по 500 а на кремниевых вентилях ВК-200, включаемые последовательно 2—3 шт. на одну дугу; источ­ник питания плазменной дуги ИПГ-500 на 700 а; выпрями­тель ВГД-501 на 500 а для плазменно-дуговой резки и др. В качестве электродов вместо лантаиированного воль­фрама ВЛ-15 по ВТУ-ВЛ №24 – 5 - 62 можно применять, при обеспечении надлежащих гигиенических условий, торированный (с добавкой тория) вольфрам ВТ-15. В некоторых резательных устройствах применяют штабики из вольфрама или циркония, медные втулки, графитовые стержни. Послед­ние используют при обдувке дуги активными газами, без га­зовой защиты электрода. Расход вольфрама при резке в аргоно-водородных смесях составляет 0,01 г/мин, а при резке в смесях азота с содержанием 0,5% кислорода —0,05 г/мин. В качестве плазмообразуюших газов применяют: химически неактивные к металлу газы: чистый аргон со­става А по ГОСТ I0I57—62; технический азот 1-го сорта по ГОСТ 9293—59; смеси аргона с водородом техническим 1-го сорта по ГОСТ 3022—45; гелий; аммиак;

химически активные к металлу газы: кислород или воз­дух, часто в смеси с азотом; возможно применение воды (паров).

Водород и азот диссоциируют (расщепляются на атомы) в дуге, а затем атомы их вновь соединяются в молекулы (рекомбинируют) на более холодных частях металла, выделяя при этом большое количество дополнительного тепла. Это способствует более благоприятному распределению тепла по всему объему металла, что имеет особое значение при резке металла больших толщин.

При резке обычно применяют следующие плазмообразующие газы и из смеси (табл. 4).

Для резки алюминиевых сплавов целесообразнее при­менять азотно-водородпые смеси. Резку сплавов толщиной 5—20 Мм рекомендуется производить в азоте, а толщиной 20—100 мм в азото-водородной смеси. Аргоно-водородпые смеси при резке алюминиевых сплавов применяют при необ­ходимости получения особо чистых резов. При ручной резке содержание водорода в аргоно-водородной смеси снижают до 20%, так как при более низком содержании водорода лег­че поддерживать дугу при колебаниях расстояния между мундштуком и металлом.

При резке нержавеющих сталей до 50 мм толщиной при­меняют смесь кислорода с азотом, который, протекая вдоль электрода, защищает его от окисления, а также азот и азото-водородную смесь. При скоростной безгратовой резке нержавеющих сталей следует применять смесь кислорода с

Нержавеющие стали малой толщины (до 20 мм), кромки которых не требуют высокой стойкости против межкристал-литной коррозии, можно резать в азоте, а нержавеющие ста­ли толщиной 20—50 мм — в азотно-водородмой смеси. При повышенных требованиях в отношении стойкости кромок к межкристаллитной коррозии нержавеющие стали режут в азотно-водородной смеси. Полученные при этом кромки можно сваривать встык без присадочной проволоки.

Смеси с аргоном при резке нержавеющих сталей приме­няют реже. При резке латуни в азоте скорость резки выше на 25—30%, чем при резке меди в азоте. Для резки низкоуг­леродистых сталей наиболее целесообразно применять кисло­род пли его смесь с содержанием азота 25—60%, который, протекая вдоль вольфрамового электрода, защищает его от окисления. При необходимости низкоуглеродистые стали можно резать в одном азоте.

Плазменно-дуговой резкой обычно разрезают нержавею­щие и углеродистые стали толщиной до 40 мм> чугун до 90 мм, алюминий и его сплавы до 300 мм, медь и ее сплавы до 80 мм. Для больших толщин указанных металлов (кроме алюминия и его сплавов) этот способ применяется значи­тельно реже, так как экономичнее использовать другие спо­собы резки (кислородную, кислородно-флюсовую).

Плазменно-дуговая резка может производиться вручную и с помощью газорезательных машин. Общая схема установ­ки для ручной плазменно-дуговой резки приведена на рис. 3. Установка включает баллоны с газами, источник постоянного тока, распределительное устройство для управ­ления процессом и резак. Второй провод от источника тока подключают к разрезаемому металлу. На рис. 4 показан внешний вид резака РДМ-1-60 для ручной плазмеино-дуго-вой резки, техническая характеристика которого дана в табл. 5.

Резак снабжен сменными наконечниками и сменными опорными роликами. Дугу возбуждают факелом вспомога­тельного разряда путем кратковременного замыкания воль­фрамового электрода и медного наконечника угольным стер­жнем зажигалки. Ток вспомогательного разряда ограничи­вает нихромовая спираль добавочного сопротивления в водоотводящем шланге.

Сменные сопловые вставки заменяются через каждые 2— 4 ч работы, а резиновые прокладки между наконечниками и головкой — через 10—12 смен.

Кислородной или газовой резкой (ранее называвшейся автогенной резкой) называется процесс разрезания металла действием струи кислорода, в которой сгорает металл, предварительно подогретый до температуры воспламенения; горение металла идет на заранее намеченной плоскости.

Для осуществления этого процесса металл нагревают газовой горелкой в месте начала разреза до температуры воспламенения в кислороде и направляют на нагретую поверхность струю кислорода. Нагретый верхний слой металла воспламеняется; выделяющееся при сгорании этого слоя тепло нагревает следующий слой, который также сгорает; струя кислорода уносит образующиеся окислы, я процесс горения распространяется на лежащие ниже слои. Таким образом, постепенно под действием струи кислорода в определенном направлении металл выжигается, и кусок его может быть разрезан. В настоящее время при помощи газовой резки можно разрезать куски стали толщиной до 2000 мм и более. Применяя газовую резку, можно также вырезать детали, имеющие сложную форму.

Требования, которым должен удовлетворять металл, подвергаемый кислородной резке. Кислородной резке можно подвергать лишь те металлы, температура воспламенения которых ниже температуры их плавления; кроме того, для возможности газовой резки необходимо, чтобы температура плавления окислов металла была ниже температуры плавления самого металла.

Так, например, температура плавления малоуглеродистой стали около 1500°, а температура воспламенения около 1350°; следовательно, такая сталь должна поддаваться газовой резке. Другой пример: температура плавления чугуна около 1200°, а температура воспламенения около 1350°; очевидно, что чугун не будет резаться газовым способом, а будет только выплавляться в месте нагрева.

Чем меньше теплопроводность металла, тем лучше при прочих равных условиях он режется газовым способом; чем больше теплоты выделяется металлом при сгорании его, тем лучше он поддается газовой резке. Так, например, железо выделяет при сгорании количество тепла, почти достаточное для нагрева соседних слоев металла и плавления окислов, а при резке, например, никеля требуется подвод большого количества тепла извне.

Подогрев металла при газовой резке происходит от резака, который, кроме струи кислорода, подает и подогревающее пламя.

Резаки. Резаками, или режущими горелками, называют горелки, применяемые при кислородной резке металла. На фиг. 354, а показано устройство головки резака с последовательно расположенными мундштуками, а на фиг. 354, б —-с концентрическими мундштуками.


При движении резака с последовательно расположенными мундштуками подогревательный мундштук идет впереди режущего. Резаки с концентрическими мундштуками могут перемещаться во всех направлениях, но дают более широкий разрез, чем первые.


На фиг. 355 показано устройство универсального резака, применяемого при резке металла толщиной от 5 до 300 мм; подрисуночные надписи вполне объясняют чертеж. Тележка служит для перемещения резака в процессе работы; она устраняет необходимость держать резак и позволяет сохранить одинаковое расстояние между мундштуком и поверхностью разрезаемого металла. Привернутое к тележке циркульное устройство применяют в случае резки по окружности.

Горючее. При газовой резке можно применять все названные выше горючие газы, а также пары бензина, бензола, керосина.

Кислород. Чем чище применяемый при газовой резке кислород, тем меньше его расходуется, тем быстрее идет процесс резки. В табл. 42 приведены данные, характеризующие влияние чистоты кислорода на расход его и скорость резки.

Газовая резка металлов

Влияние газовой резки на свойства металла в слоях, прилежащих к плоскости разреза. Газовая резка не оказывает существенного влияния на свойства металла вблизи плоскости разреза: отмечается лишь незначительное повышение предела прочности (на 3—8%) и незначительное уменьшение относительного удлинения (на 5—10%), глубина же зоны влияния газовой резки составляет всего 1—1,5 мм. При резке ножницами глубина зоны влияния достигает 3—4 мм; металл при этом оказывается наклепанным.

Газовая резка может сопровождаться и незначительным изменением химического состава металла у поверхности реза: отмечается небольшое выгорание кремния и в случае резки, например, ацетиленом увеличение содержания углерода, повышающее твердость у поверхности реза. Поэтому лучший результат дает резка с использованием в качестве горючего водорода. Таким образом, газовая резка не оказывает практически заметного влияния на свойства метaллa.

Процесс газовой резки

Приступая к резке, проверяют исправность резака; применительно к толщине подлежащего резке металла, в головку резака ввертывают соответствующих размеров мундштуки и устанавливают (редуктором) давление кислорода. После этого открывают ацетиленовый вентиль, приоткрывают кислородный вентиль подогревающего пламени, зажигают горючую смесь и регулируют пламя. Когда пламя будет отрегулировано, горелку устанавливают так, чтобы ось мундштука была перпендикулярна к поверхности подвергаемого резке металла, а расстояние от конца режущего сопла до этой поверхности составляло 3—6 мм. Поверхность металла нагревают до температуры воспламенения, пускают режущий кислород и начинают равномерно передвигать резак. Скорость передвижения резака определяют толщиной разрезаемого металла.

Качество резки зависит от равномерности перемещения резака и от правильного выбора скорости перемещения. При излишне медленном перемещении резака рез получается широкий, при слишком быстром перемещении металл недостаточно прогревается, и разрез получается несплошной.

Расход кислорода на 1 пог. м длины резки можно приближенно определить по эмпирической формуле


где Q — расход кислорода в л;

ð — толщина листа в мм;

а — ширина реза в мм.

В табл. 43 помещены данные, характеризующие процесс газовой резки стали в зависимости от толщины листа на 1 пог. м длины разреза. Данные, приведенные в табл. 4-3, являются средними и могут измениться в зависимости от конструкции резака.

Газовая резка металлов

Газовую резку применяют также для замены процесса ковки вырезкой деталей из толстых листов или болванок.

Подводная резка. Газовую резку применяют и при работах под водой. При подводной резке вода оттесняется от пламени либо продуктами горения, либо при помощи сжатого воздуха. Давление сжатого воздуха, а также горючего газа и кислорода, подаваемых в горелку, увеличивается с увеличением глубины, на которой ведется подводная резка. Подводную резку широко используют при водолазных работах ЭПРОН. В качестве горючего для подводной резки применяют главным образом водород (для больших глубин—до 40 м) и ацетилен (для меньших глубин — обычно до 15—20 м).

Машинная резка. При ручной резке качество реза не всегда однородно и удовлетворительно, так как трудно сохранить равномерность перемещения резака и постоянство расстояния его от поверхности разрезаемого металла. В виде примера дефектов ручной резки можно указать на оплавление краев поверхности разреза, глубокие борозды на ней.

Механизация процесса газовой резки улучшает качество реза и повышает производительность процесса.

Существуют полуавтоматические и автоматические машины для газовой резки. В полуавтоматах механизируется передвижение резака, а направление движению дается или вручную, или шаблонами. Полуавтоматы применяют при резке листов, вырезке из листов, для разделки шва под сварку.

В автоматах механизируется и направление движения резака.

Обработка поверхности металла методом газовой резки. Обработка поверхности металлического предмета резаком является разновидностью газовой резки металла. Этот вид обработки применяют вместо черновой обработки резном, и он может в ряде случаев заменить строгание, обточку (резка по касательной) и сверление.

При такой обработке газовая струя направляется не перпендикулярно поверхности металла, а под углом 25—30°. Самый процесс заключается в том, что поверхностный слой металла обрабатываемой детали выгорает в кислородной среде. Резаки, применяемые для этой цели, несколько отличаются от обычных резаков, в частности, имеют увеличенный размер отверстия в кислородном канале; этим достигается уменьшение скорости истечения кислородной струи.

Производительность процесса достигает 150 кг снимаемого в час металла при вполне удовлетворительном для дальнейшей обработки качестве поверхности. Расход кислорода на 1 кг снимаемого металла около 450 л.

Сварка - это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого. С помощью сварки между собой соединяются однородные и разнородные металлы, их сплавы, некоторые керамические материалы и пластмассы. Сварка является одним из наиболее широко распространенных технологических процессов в машиностроении, строительстве, ремонтном деле. Особое место среди видов термической сварки занимает газовая сварка. Способ газовой сварки был разработан в конце XIX столетия, когда начиналось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В тот период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем с созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки, автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка была постепенно вытеснена из многих производств этими способами электрической сварки. Тем не менее, сравнительная простота оборудования и инструментов, большая универсальность позволили использовать газовую сварку для соединения небольших деталей из различных металлов и для всевозможных ремонтных работ в различных отраслях народного хозяйства, особенно в сельском хозяйстве. Физическая свариваемость характеризует принципиальную возможность получения монолитных сварных соединений и главным образом относится к разнородным металлам.

Задачи работы: 1) изучить учебную, научно – популярную литературу по истории развития газовой сварки и резки; 2) расширить знания об истории развития газовой сварки и резки

В 1944г. создан специализированный Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки металлов - ВНИИавтоген (ныне ВНИИавтогенмаш). Деятельность института направлена на научно-теоретическое изучение существующих технологических процессов и разработку новых, их механизацию и автоматизацию. За годы своего существования институт разработал несколько десятков новых прогрессивных технологических процессов и технологических материалов для газотермического напыления, газопламенной сварки, резки, наплавки, пайки, закалки и нагрева. Создал несколько сотен новых газорезательных машин, установок для наплавки, пайки и закалки, генераторов и другого оборудования для производства ацетилена, горелок, резаков, редукторов, металлизационных аппаратов и т.п.

В результате проводимых научных изысканий увеличивается количество процессов газопламенной обработки. Помимо кислородной резки и газовой сварки, получили развитие и многие другие процессы газопламенной обработки: металлизация, наплавка, поверхностная закалка, напыление и сварка пластмасс, газопламенная пайка и др. Но доминирующее значение по-прежнему имеет кислородная резка.

В первые послевоенные годы широко стала внедряться резка с использованием пропан-бутана и природного газа, а в конце 40-х годов параллельно фирмой “Union Carbide and Carbon Corp” (США - ФРГ), институтом ВНИИавтоген и кафедрой сварочного производства МВТУ им. Баумана были разработаны и внедрены в производство способы кислородно-флюсовой резки.

Весьма бурно развиваются механизация и автоматизация процессов газопламенной обработки металлов, в первую очередь это касается процессов газокислородной резки. Наибольших успехов в этом добились такие страны, как Япония, ФРГ, США. С начала 70-х годов прошлого столетия на крупных промышленных предприятиях широко начинают использоваться газорезательные машины с числовым программным управлением. Они позволяют производить высокоточную резку под сварку и механообработку заготовок любой конфигурации и сложности, с постоянной повторяемостью размеров и минимальными отклонениями этих размеров от номинала, а также чистотой поверхности реза, сопоставимой с этими же параметрами при механообработке.

В 50-е годы кафедрой сварочного производства Киевского политехнического института проводятся исследования газодинамики кислородной струи, которые привели к разработке новой технологии резки кислородом низкого давления (0,1 - 0,4 МПа), позволяющей резать металл толщиной до 1,5 - 2 м. К началу 70-х этот процесс внедрен на большинстве металлургических предприятий СССР.


  1. Современные технологические процессы термической резки

Сущность кислор одной резки заключ ается в сжиг ании металла в кислороде и выдувании стр уей кислорода проду ктов горения. Дл я успешного проте кания процесса мет алл должен бы ть предварительно наг рет до темпер атуры его восплам енения в кисло роде. Процесс рез ки начинается с нагрева мета лла в начал ьной точке ре за до темпер атуры, достаточной дл я его восплам енения. Направленный н а нагретый учас ток, режущий кисл ород вызывает интенс ивное окисление верх них слоев мета лла, которые, сго рая, выделяют значит ельное количество тепл оты и нагре вают до темпер атуры воспламенения нижеле жащие слои, т. е. проц есс, в опреде ленной степени, вхо дит в реж им автонагрева. Эт о обстоятельство да ет предпосылки доста точно экономного расх ода горючего га за в проц ессе резки

Проц есс резки лег ко поддается механи зации и автомат изации. Машины дл я кислородной рез ки могут рез ать углеродистые ста ли толщиной д о 300 мм нескол ькими резаками, в том чис ле и V- ил и Х-обра зной подготовкой кро мок под сва рку с одновре менной резкой. Он и дешевле плазм енных и лазе рных и бол ее просты в обслуживании. Некот орые специальные маш ины, например дл я металлургического произв одства, позволяют произв одить резку ста лей толщиной д о 1200мм.

Маш ины для газокисл ородной резки осущес твляют разделительную и поверхностную рез ку. Условно и х можно классифи цировать следующим обра зом (Машиностроение. Энцикл опедия в сор ока томах. То м IV-6 Оборудование дл я сварки. М.: Машиностроение, 1999)

Руч ную газокислородную рез ку также подраз деляют на раздели тельную и поверхн остную. Поверхностная рез ка заключается в снятии сл оя (как прав ило - дефектного) с поверхности мета лла, а так же вырезке одино чных канавок, напр имер удаление дефек тного сварного шв а. Разделительной рез ке подвергаются н е только мета ллы, но и некоторые неметалл ические материалы, напр имер бетон. Дл я этих цел ей в насто ящее время вс е более широ кое применение нахо дят газокислородные устан овки для рез ки бетона, устан овки кислородно-порош ковой копьевой рез ки, кислородно-флюс овой резки. В первом прибли жении оборудование дл я ручной газо вой резки мож но классифицировать следу ющим образом [3]

Несм отря на кажущ уюся простоту проц есса, далеко н е все мета ллы поддаются газокисл ородной резке. Эт о, в пер вую очередь, связ ано с те м, что у большинства мета ллов температура плавл ения ниже темпер атуры воспламенения в кислороде, чт о и прив одит к невозмо жности процесса рез ки. Кроме то го, препятствием н а пути это го процесса зача стую становится высо кая температура плавл ения окислов мета лла, их недоста точная жидкотекучесть, высо кая теплопроводность мета лла и д р. факторы.

Лазе рная резка осно вана на тепл овом действии лазер ного луча и происходит пр и непрерывном ил и периодическом переме щении источника теп ла, сформированного специа льной оптической сист емой в пят но с высо кой плотностью мощн ости. В зависи мости от констру ктивных особенностей излуч ателя возможны непрер ывный (газовый лаз ер) и импул ьсный (твердотельный лаз ер) режим рез ки. В насто ящее время наибо льшее распространение дл я резки полу чили лазеры непрер ывного действия.

Дл я повышения эффекти вности резки в зону обраб отки совместно с лазерным луч ом подается стр уя газа, способс твующая удалению проду ктов из зо ны реза, а в некот орых случаях и инициирующая химич ескую реакцию в месте воздей ствия на мет алл (газолазерная рез ка). В пер вом случае испол ьзуют инертные ил и нейтральные га зы (аргон, аз от, углекислый га з), во вто ром - кислород ил и воздух. Наибо льшее распространение полу чил способ рез ки лазерным излуч ением с пода чей струи кисло рода в зо ну реза соо сно с луч ом лазера.

В конце 70-х - начале 80-х годов, сра зу после е е освоения газола зерную резку счит али наиболее перспек тивной среди вс ех способов термич еской резки. Действи тельно, начало бы ло многообещающим: возмож ность резки практи чески любых тол щин и люб ых материалов, в том чис ле и неметалл ических, ширина зо ны реза - до ли миллиметра, а чистота поверх ности реза так ова, что в большинстве случ аев вообще н е требуется дополни тельной механической обраб отки. Если теп ерь учесть, чт о современные маш ины для переме щения режущего инстру мента при термич еской резке, позво ляют производить высоко точную резку, т о становятся очеви дными преимущества газола зерной резки. Одн ако энергозатраты пр и лазерной рез ке перечеркивают вс е преимущества это го способа, н е говоря уж е о стоим ости оборудования, кото рая и н а сегодняшний де нь находится н а заоблачных высо тах. Достаточно сказ ать, что кп д газового (углекис лотного) лазера соста вляет порядка 12%, а твердотельного, напр имер, на алюмоит триевом гранате - н е превышает 2%. Кро ме того, долгове чность излучателей, зер кал и дру гих элементов соврем енных лазерных устро йств еще недост аточна. Даже в твердотельных лазе рных системах пр и мощностях излуч ения, не превыш ающих 0,5 кВт, ср ок службы зер кал составляет око ло 1000 ч. В системах боль шей мощности ср ок службы акти вных твердотельных элеме нтов не превы шает 500 ч, ла мп накачки - 100-200 ч.

В нач але 80-х год ов для разв ития этих проце ссов лазерной рез ки и сва рки в МВ ТУ им. Баум ана была созд ана специальная кафе дра лазерной сва рки и рез ки. Исследования, провед енные учеными кафе дры, показали экономи ческую неэффективность лазе рной сварки, а лазерная рез ка может бы ть эффективна тол ько в некот орых случаях, ког да другие спос обы термической рез ки дают неудовлетв орительный результат[4]

Плазм енная резка - эт о термическая рез ка сжатой электри ческой дугой. Сжа тие дуги произв одится соплом горе лки, потоком га за или внеш ним электромагнитным пол ем. Сжатая плазм енная дуга обла дает свойством самопрои звольно углубляться в металл, поэт ому ее назы вают проникающей плазм енной дугой. З а счет сжа тия дуги созда ется высокая концен трация тепловой энер гии, обеспечивающая достат очную производительность и хорошее каче ство резки.

В качестве плазмообр азующего используют ка к однокомпонентные га зы (аргон, аз от, гелий, кисл ород), так и многокомпонентные (арг он + водород, воз дух, азот + кисл ород). В после дние годы дл я резки низкоугле родистых и низколеги рованных сталей шир око применяют очище нный от мас ла и вла ги воздух.

Оборуд ование для плазм енной резки сост оит из плазмо трона (режущий инстр умент), источника пита ния электрической ду ги, блока управ ления процессом, газо вого хозяйства, сист емы охлаждения, механ изма перемещения плазмо трона вдоль лин ии реза. Плазм отрон имеет дв а основных уз ла: электродный и сопловый. П о принципу дейс твия электродного уз ла плазмотроны подразд еляются на образ ующие дуговую пла зму прямого дейс твия и косве нного действия. В первом слу чае положительным элект родом является разрез аемое изделие, следова тельно, использование так ого плазмотрона возм ожно только дл я резки электроп роводных материалов. Рез ка электроизоляционных матер иалов возможна тол ько с использ ованием плазмотрона втор ого типа.

Бессп орным преимуществом плазм енной резки явля ется возможность термич еской резки практи чески любых матер иалов и спла вов. К недост аткам этого проц есса относится невыс окая эффективность (низ кая скорость) рез ки, особенно ста лей больших (50 м м и бол ее) толщин, высо кая стоимость оборуд ования, плохие санит арно-гигиенические характе ристики процесса, высо кий уровень шу ма.


  1. Газовая сварка и резка металлов

Кисл ород применяют тр ех сортов: газооб разный технический 1-г о сорта с чистотой 99,7%; 2-г о сорта с чистотой 99,5% и 3-го сор та с чист отой 99,2%. Примеси азо та и арг она в технич еском кислороде соста вляют 0,3--0,8%. Кислород пр и нормальной темпер атуре представляет соб ой газ бе з цвета и запаха. Темпер атура (по Цель сию) сжижения кисло рода при норма льном атмосферном давл ении -182,96°, при -218,4° жид кий кислород перех одит в твер дое состояние. Пр и сгорании горю чих газов в смеси с кислородом темпер атура пламени значит ельно повышается п о сравнению с температурой плам ени, получающейся пр и сгорании эт их газов в смеси с воздухом. Пр и нормальном атмосф ерном давлении и температуре 20°С масса 1 м3 газообразного кисло рода равна 1,33 к г. Из 1 л жидкого кисло рода при испар ении получается 790 л газообразного. Жид кий кислород транспо ртируют в специа льных теплоизолированных сосу дах -- танках. Газооб разный кислород транспо ртируют в стал ьных баллонах по д давлением 150 кг с/см2. Пр и соприкосновении с маслами кисл ород взрывоопасен.

Полу чают ацетилен и з карбида каль ция путем воздей ствия на после дний водой. Пр и реакции с водой 1 к г карбида каль ция дает 230--280 л газообразного ацети лена. После реак ции получают газооб разный ацетилен С2Н2 и гашеную изве сть Са(О Н)2: СаС2+2Н2О=С2Н2+С а(ОН)2.

Таким образом, в результате проведенного исследования темы реферата, можно сделать следующие выводы. Газовая сварка - это сварка плавлением, при которой металл в зоне соединения нагревают до расплавления газовым пламенем. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки. Как и любая технология, газовая сварка имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества газовой сварки: простота; не требует сложного и дорогого оборудования; не требует источника электроэнергии; возможность в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла. Недостатки газовой сварки: меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке; концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке; благодаря сравнительно медленному нагреву металла пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла; стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке выше стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая

Список исполь зуемых источников

4. Сва рка в СС СР. Том 1. Разв итие сварочной техно логии и нау ки о сва рке. Технологические проц ессы, сварочные матер иалы и оборуд ование. – М.: Нау ка, 1981. – 536 с.

5. Сва рка в СС СР. Том 2. Теорети ческие основы сва рки, прочности и проектирования. Сваро чное производство. – М.: Наука, 1981. – 494 с.

6. Чеканов А.А. Нико лай Николаевич Бена рдос (1842-1905). – М.: Нау ка, 1983. – 142 с.

Способ газовой сварки был разработан в конце прошлого столетия, когда начиналось промышленное производство кислорода, водорода и ацетилена. В тот период газовая сварка являлась основным способом сварки металлов и обеспечивала получение наиболее прочных сварных соединений. В дальнейшем с созданием и внедрением высококачественных электродов для дуговой сварки, автоматической и полуавтоматической дуговой сварки под флюсом и в среде защитных газов (аргона, гелия и углекислого газа и др.), газовая сварка была постепенно вытеснена из многих производств этими способами электрической сварки. Тем не менее, и до настоящего времени газовая сварка металлов наряду с другими способами сварки широко применяется в народном хозяйстве.

Сварка металлов. Назначение и преимущества сварки

Сварку применяют для получения неразъемного соединения деталей при изготовлений изделий, машин и сооружений из металла. Прежде для этого преимущественно пользовались клепкой.
Сварное изделие имеет меньшей вес, чем клепальное, проще в изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий срок, с меньшей затратой труда и материалов. Сваркой можно изготовлять изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получить только отливкой или кузнечной и механической обработкой. При изготовлении металлоконструкций сварка дает от 10 до 20 % экономии металла по сравнению с клепкой, до 30 % по сравнению с литьем из чугуна.

Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность) резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и давлениях газов, паров и жидкостей.

Газовая сварка ее преимущества и недостатки

Газовая сварка относится к сварке плавлением. Процесс газовой сварки состоит в нагревании кромок деталей в месте их соединения до расплавленного состояния пламенем сварочной горелки. Для нагревания и расплавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. Зазор между кромками заполняется расплавленным металлом присадочной проволоки.

Читайте также: